金属与非金属腐蚀原理

主讲人：姜清华

2013 年 9 月 6日

目 录

石油库库存油品的危险品等级

金属与非金属的腐蚀

防腐蚀等级划分

金属与非金属的腐蚀

概 述• 非金属材料一般不导电，所以非金属材料一般不会产生电

化学腐蚀，纯粹是化学和物理作用，主要是物理作用。

• 金属的腐蚀往往是表面的。

• 非金属腐蚀往往是内部的。

• 非金属因为没有电化学溶解作用，所以对离子的抗力强，能耐酸、碱、盐、有机材料，受溶剂溶解。

• 金属不受有机溶剂作用。

混凝土腐蚀的原理•大气中的酸性介质或酸碱废液与水泥表面接触，使水泥固化物中游离的铝酸三钙、氢氧化钙的水化物反应生成可溶性盐，造成水泥的腐蚀。

•空气当中的 CO2 与水作用生成碳酸，碳酸与水泥中的 (CaOH)2

作用生成不溶于水的 CaCO3 ，堵塞在混凝土的孔隙中，还可以

和 CaCO3 进一步作用，生成易溶于水的 Ca(HCO3) 2

，这样水泥遭到破坏。

• 当水质为碳酸钙、碳酸钠型时，水中的 CaCO3 呈不饱和状态，有继续溶解 CaCO3 及混凝土中其它碳酸盐的能力，造成混凝土的强度下降。

• 混凝土贮池表面极易吸附藻类微生物产生厌氧的硫酸盐还原菌，细菌的繁殖造成混凝土的破坏。

金属腐蚀的评定方法有两种1 、用质量变化素评定 mg/d ㎡ ·d

（ g/m2.h ）

•K 腐蚀速率， g/ ㎡ ·h

•g0 样品腐蚀前的质量

•g2 样品腐蚀后的质量

•S0 样品表面积

•t 腐蚀的时间

tSgg

k0

02

• 2 、用腐蚀深度表示• Π=

• Π 用腐蚀深度表示的腐蚀率， mm/α

• K 用质量表示的腐蚀速率• d 金属密度， g/m³

小知识：钢铁的腐蚀率约为 0.1-1.0mm/α

腐蚀与腐蚀等级

金属腐蚀的特点• 1 、金属表面接触土壤的比暴露在大气中的表面腐蚀严重• 2 、空气湿度大的比干燥的腐蚀严重• 3 、凹陷处焊缝和积水部位比光滑表面易腐蚀• 4 、多相合金比单相的易腐蚀• 5 、压力、湿度高加重腐蚀， 80℃ 以上氧的溶解度降低，

敞口设备会减少腐蚀• 6 、溶液浓度大腐蚀快• 7 、溶液运动速度快会加重腐蚀

金属腐蚀的来源• 1 、大气腐蚀

大气腐蚀性分级标准

等级 弱 中 较强 强

腐蚀速率 /（ μm/a ） 1.28-25 25-51 51-83 ＞ 83

• 2 、土壤腐蚀分微腐蚀电池与宏腐蚀电池

• 3 、杂散电流腐蚀

• 4 、细菌腐蚀

钢铁表面锈蚀等级的划分1 、按照 GB8923 《涂装前钢铁表面锈蚀等级和除锈等级》规 定，钢材表面锈蚀等级分为 A 、 B 、 C 、 D 四个级别。

A 级：指全面地覆盖着氧化皮面几乎没有锈蚀的钢材表面；

B 级：指已发生锈蚀，并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面

• C 级：指氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有 少量点蚀的钢材表面；• D 级：氧化皮已因锈蚀全面剥落，并且普遍发生点蚀的钢 材表面。

说明：对于油库加油站来说，新建、扩建所用钢材基本上属 于 A 级或者 B 级；在役设备表面锈蚀大部分属于 C 级或 D 级，极少有 A 级或 B 级的情况。

钢材表面除锈的等级• 按照 GB 8923-88 规定：钢材表面除锈等级因除锈方法

不同，其表示方法也不同。除锈等级用“字母”加“数字”表示，“字母”表示除锈方法，“数字”表示清除表面氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物的程度等级。常用的三种除锈方法采用的字母：喷射或抛射方法为“ Sa” ；手工和动刀（如铲刀，手动式或电动式钢丝刷，动力砂轮或砂轮等）工具除锈方法为“ St” ；火焰除锈方法为“ FI” 。除锈等级标准见表：

除锈方法 代号 除锈等级及其符号 标准定义

喷射或抛射除锈 Sa

Sa1 轻度的喷射或抛射除锈 钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物

Sa2 彻底的喷射或抛射除锈 钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且氧化皮、铁锈

和油漆涂层等附着物已基本清除，其残留物应是牢固附着的

Sa2 1/2非常彻底的喷射或抛射

除锈 钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑

Sa3使钢材表面洁净的喷射

或抛射除锈 钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，该表面应显示均匀的金属色泽

手工或动力工具除

锈St

St2彻底的手工或动力工具

除锈 钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着力不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物

St3非常彻底的手工或动力

工具除锈 钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢

的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。除锈应比St2更彻底，底材显露部分的表面应具有金属光泽

火焰除锈 FI 钢材表面应无氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何残留的痕迹应仅是表面变色（不同颜色的暗影）

备注：Sa 和 St 除锈前，厚的锈蚀层应当铲除，可见油脂和污垢也应清除；除锈后，钢材表面应清除浮灰和碎屑。

锈蚀等级和除锈等级在 GB 8923 中有典型照片 28张，以便对照钢材表面状况，评定锈蚀等级和除锈等级标准。

钢材表面锈蚀和除锈等级的评定

• 检查评定钢材表面与 GB8923-88 标准中典型照片目视比较

GB8923-88¹æ¶¨

钢材表面锈蚀等级、除锈方法和除锈等级标准符号

锈蚀等级 A B C D

喷射或抛射除锈

Sa1 BSa1 CSa1 DSa1

Sa2 BSa2 CSa2 DSa2

Sa2 1/2 ASa2 1/2 BSa2 1/2 CSa2 1/2 DSa2 1/2

Sa3 ASa3 BSa3 CSa3 DSa3

手工或动力工具除锈

St2 BSt2 CSt2 DSt2

St3 BSt3 CSt3 DSt3

火焰除锈 FI AFI BFI CFI DFI

• 在油罐防腐工程中，新建、扩建工程使用的钢材，通常采用喷射或抛射除锈方法，也有使用手工和动力工具除锈方法的。其除锈等级标准为 Sa2-St2 ½ ；在役油罐除锈一般采用手工和动力工具除锈方法，除锈等级标准为 St2-

St3 。如果使用喷射或抛射除锈时，除锈等级标准为Sa2-St2 ½ 。油库设备不允许使用火焰除锈方法。

涂料防腐蚀存在问题分析1 、基体表面处理质量，主要表现为：基体除锈不彻底、基 体结构没有优化、基体表面清理不净、涂装时机不当 （环境湿度非常重要）2 、组分涂料配比不严，主要表现在：组分比例控制不严、 涂料调和不均匀、熟化时间不够（一般为 30min ）3 、腻子刮涂质量不好，主要表现为：腻子制作程序不对， 腻子刮涂不符合要求4 、施工方法不当：油罐内防腐宜采用高压无空气喷涂

石油库库存油品的危险品等级

甲类 A 闪点小于 28 ℃

乙类A 28≤F1≤45 ℃

B 45≤F1 ＜ 60 ℃

丙类A 60≤F1 ＜ 45 ℃

B F1≥120 ℃

石油化工常见介质说明

• 液态天然气中得到 1Nm³ 气态天然气需消耗 745KJ左右的热量。

• 石油液化气（ LPG ）汽化原体积扩大 250倍，主要成分分为丙烷、丁烷组成，主要是 C3 、 C4组分，同样质量的发热量是煤的 2 倍，液态出热量为 45185-45980KJ/m³

。• 闪点不大于 45℃ 的都为易燃易爆物品。• 闪点大于 45℃ 的为可燃物。

• 碳原子 5-12 为汽油， 9-16 为煤油， 15-25 为柴油， 20-27 为润滑油，碳原子 16 以下为轻质油，烃类易挥发，蒸发量与速度和液体的温度有关，特别是表面温度、液面压力、气体空间、蒸发面积、接触空气的流速和本身的密度。 1kg汽油大约等于蒸发成 0.4m³汽油蒸发。

• 绝对温度 T=℃+273.15

烷烃的通用物性如下：常温下 1-4 个碳原子的烷烃是无色气体， 5-16 个碳原子的烷烃是液体， 17 个碳原子的烷烃是固体。相对密度都小于 1 ，最轻达 0.78 。

烷烃常温下，丙烯、乙烯、丁烯是气体，从戍稀开始是液体，高级的是固体。

汽油（ C5H12 —C12H26 ）挥发性低或不易挥发的宜选用拱顶罐。易挥发

的宜选用浮顶罐。储存量大且周转频率繁应优选用内浮顶罐。

闪点（℃） 沸点（℃） 自燃点（℃）

异丁烷 -83 -11.73 462

异丁烯 -76 -6.9 465

丙烯 -108 -47.7 497

丙烷 -105 -42.5 467

戍烷 -40 36.07 308

汽油 -58-10 50-150 255-530

液化气 -74 426-537

常见物理性质

• 汽油 C7-C11 沸点 95-130℃ 汽车

• 航空煤油 C11-C16 沸点 130-240℃ 飞机工作燃料

• 轻质柴油 C16 以上 沸点 24-300℃ 车用

• 润滑油 C16-C20 沸点 350℃ 以上

• 凡士林 C18-C22 沸点 350℃ 以上

• 石蜡 C20-C30 沸点 350℃ 以上

• 沥青 C30-C40 沸点 350℃ 以上

• 把煤油货重油经 750-900℃裂解，得乙烯、丙烯、甲烷氢

• 把丁烷（ C4H10 ） 750-900℃裂解，得

A 、 C2H4+ C2H5

乙烯 乙烷

b 、 C3H6+ CH4

丙烯 甲烷

• 乙烯需要冷到 -103.7℃才会变成液体• 氯乙烯沸点为 83.5℃

• 丙烯沸点为 -47.7℃

• 丙烯+ 氯乙烯→丙烯晴（液体）沸点 78℃

• 丁二烯（气体）沸点 -4.4℃

• 乙炔的沸点 -83.4℃

• 苯的沸点 80℃

• 乙苯沸点 136℃

• 苯乙烯沸点 146℃

• 甲苯沸点 110.6℃

• 二甲苯沸点 144.4℃ 、 139.1℃ 、 138.4℃（邻、间、对）

• 我国规定禁止使用工业苯、重质苯 ， 不包括二甲苯、甲苯做稀释剂。

• 易燃介质：乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、环氧丙烷、丁烷、丁二烯、丁烯、丙烷、丙烯、甲烷。它们与空气混合爆炸的浓度为 10% 以下。

• 甲烷要冷凝到 -161.4℃才能变成液体，甲烷就是天然气，甲烷加热到 1500℃ 变成乙炔，加热到 1200℃ 变成炭黑。乙烷沸点 -88.5℃ 、丙烷 -42℃ 、丁烷 -0.5℃ 、戍烷 36.1℃ 、乙烷 68.7℃ 、十六烷 287.1℃ 、十七烷 302℃

石油馏分的沸点：

•石油气 C1-C4 沸点 40℃ 以下

•轻质汽油 C5-C7（做溶剂用） 沸点 40-95℃

•乙醇沸点 78.3℃ 乙醚沸点 34.5℃

•乙二醇沸点 197.2℃

•甲苯酚沸点 （邻、间、对） 191℃ 、 202℃ 、 202.5℃

•苯酚沸点 182℃